Biodiversité des communautés macrobenthiques associées aux moulières de la dorsale Sud Est Pacifique

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La biodiversité dans le milieu hydrothermal

Les communautés hydrothermales animales sont caractérisées par une forte biomasse due à quelques espèces mégabenthiques, un fort taux d’endémisme à différents niveaux taxonomiques (i.e. espèce, genre, famille) et une faible diversité comparée aux communautés benthiques des milieux côtiers (Tunnicliffe 1991, Van Dover 2000). Concernant la macrofaune, 455 espèces morphologiques appartenant à 267 genres et 140 familles ont été identifiées à ce jour (Desbruyères et al. 2006b) (Figure i.4). Cet inventaire est cependant loin d’être achevé et de nombreuses espèces sont encore découvertes chaque année (Desbruyères et al. 2006b) ou sont en cours de description (A. Warén, comm. pers. pour les mollusques par exemple). De plus, la présence d’espèces cryptiques est largement documentée parmi les espèces morphologiques décrites pour le milieu hydrothermal (Vrijenhoek et al. 1994, Guinot & Hurtado 2003, Won et al. 2003, Hurtado et al. 2004) ce qui laisse à penser que la biodiversité réelle est sous estimée.
La majorité des espèces de la méiofaune recensées sont des nématodes ou des crustacés, en particulier des copépodes (Dinet et al. 1988, Vanreusel et al. 1997, Zekely et al. 2006). Ce dernier groupe s’avère être le mieux connu avec 78 espèces décrites actuellement (Bright 2006) contre 7 espèces de nématodes. Alors que la majorité des copépodes appartiennent à la famille des Dirivultidae, endémique aux écosystèmes hydrothermaux, les nématodes appartiennent à des genres déjà connus pour la science (Vanreusel et al. 1997). Si la richesse spécifique des nématodes est plus faible dans le milieu hydrothermal que dans le milieu non-hydrothermal, la diversité au niveau des genres ou en termes de groupes fonctionnels est équivalente entre ces milieux (Vanreusel et al. 1997). Il convient cependant de noter que les peuplements méiobenthiques hydrothermaux n’ont été étudiés que dans certains types d’habitat (Dinet et al. 1988, Vanreusel et al. 1997, Zekely et al. 2006) et aucun site n’a fait l’objet d’une description complète (Bright 2006, Zekely et al. 2006). La méiofaune pourrait pourtant représenter un tiers de la richesse spécifique totale de la faune benthique (Tsurimi & Tunnicliffe 2001, Tsurimi 2003).
La diversité microbienne, longtemps estimée à partir de techniques d’isolation et de culture, demeure très mal connue même si le développement des outils moléculaires devrait améliorer nos connaissances dans les années à venir (Jeanthon 2000). Si de nombreux procaryotes et quelques eucaryotes (Edgomb et al. 2002) ont été découverts, ces études restent le plus souvent cantonnées à des microhabitats particuliers, et aucune vision d’ensemble pour le milieu hydrothermal n’est disponible (Cambon-Bonavita, comm. pers.).
Les facteurs contrôlant la distribution de la biodiversité hydrothermale sont nombreux et leur rôle relatif aux différentes échelles est encore mal connu (Tsurimi 2003). A l’échelle globale du système des dorsales médio-océaniques, la diversité spécifique de la macrofaune comme de la méiofaune est globalement plus élevée sur les dorsales rapides que sur les dorsales lentes (Van Dover 2002, 2003, Zekely et al. 2006). Ce résultat a été attribué au fait que la variabilité du taux d’accrétion est responsable des patrons de distribution spatiale et de la persistance des champs hydrothermaux (Juniper & Tunnicliffe 1997, Van Dover 2002, 2003). Le long des dorsales lentes, les distances plus importantes entre zones actives rendent les échanges entre populations moins fréquents et augmentent leur probabilité d’extinction, ce qui se traduit par une diversité plus faible (Van Dover & Trask 2000, Van Dover 2002). D’autre part, les processus historiques auraient également joué un rôle prépondérant dans la distribution actuelle de la biodiversité hydrothermale à grande échelle de sorte que la biogéographie actuelle refléterait l’histoire tectonique des plaques et l’évolution des différents bassins océaniques durant le Mésozoïque et le Cénozoïque (Tunnicliffe & Fowler 1996, Desbruyères et al. 2006a). Le pool régional d’espèces à l’échelle d’une dorsale serait révélateur de son âge et de la géométrie des anciennes limites des plaques à l’origine d’évènements de vicariance (Tunnicliffe & Fowler 1996). A titre d’exemple, les espèces hydrothermales de la dorsale Nord-Est Pacifique (i.e. Juan de Fuca, Explorer et Gorda) représentent des taxons vicariants aux espèces rencontrées le long de la dorsale du Pacifique oriental : l’évènement de vicariance date de la subduction de la plaque Farallon sous la plaque américaine (Tunnicliffe 1988). D’autres dorsales, aujourd’hui disparues, ont ainsi pu permettre des échanges entre différentes zones géographiques (Tunnicliffe et al. 1998, Desbruyères et al. 2006a). Cependant, à partir d’une revue sur la biogéographie de la faune hydrothermale associée à la dorsale médio-atlantique, Gebruk et al. (1997) suggèrent que l’histoire de la faune hydrothermale n’est pas entièrement liée à l’histoire et à la configuration des dorsales médio-océaniques, et évoquent le rôle d’autres écosystèmes chimiosynthétiques comme source potentielle de différents organismes pour la colonisation des systèmes hydrothermaux. Les taux de similarité observés au niveau des genres et des familles de ces écosystèmes (sources hydrothermales, suintements froids, carcasses de baleine, bois coulés) renforcent effectivement l’hypothèse d’une liaison évolutive (Sibuet & Olu 1997, Samadi et al. 2007). A l’échelle globale comme à l’échelle d’une dorsale, l’accent est surtout mis sur les processus évolutifs pour expliquer la distribution de la biodiversité. Ce sont les caractéristiques topographiques (i.e. failles transformantes, intersections avec des microplaques, inflations bathymétriques) ou les propriétés de la circulation océanique profonde qui sont à même de générer des couloirs ou des barrières à la dispersion et d’induire des événements de vicariance responsables de phénomènes de spéciation (Vrijenhoek et al. 1998, Van Dover et al. 2002). Toutefois, à une échelle locale ou régionale, les processus de dispersion et de colonisation jouent également un rôle important sur la dynamique des métapopulations, en interagissant avec des processus écologiques qui contrôlent la distribution de la biodiversité (Neubert et al. 2006). Plusieurs processus écologiques ont ainsi été proposés : (1) le régime de perturbation de l’habitat, (2) l’hétérogénéité de l’habitat, (3) la distance entre habitats ou (4) les interactions biologiques.
A l’échelle locale, il a été pendant longtemps admis que les communautés hydrothermales étaient structurées par les conditions physico-chimiques de l’environnement local : les espèces se distribuent le long du gradient environnemental spatial en fonction de leur tolérance physiologique à la toxicité du milieu ou en fonction de leurs besoins nutritionnels (Sarrazin et al. 1999, Luther et al. 2001). Les observations de la mise en place des communautés suite à des éruptions volcaniques ont par ailleurs confirmé cette assertion en montrant les concordances entre les stades de succession écologique des communautés et les changements de la température et des caractéristiques chimiques de l’habitat (Hessler et al. 1988, Haymon et al. 1993, Shank et al. 1998). Cependant, plusieurs observations récentes ont suggéré que les interactions biotiques, prédation, compétition, mais également facilitation ou inhibition, étaient non négligeables pour expliquer l’évolution temporelle des communautés et la distribution locale de la biodiversité (Mullineaux et al. 2000, Micheli et al. 2002, Mullineaux et al. 2003). A titre d’exemple, Mullineaux et al. (2000) ont montré que le recrutement du siboglinidé Riftia pachyptila était facilité par la présence d’un autre siboglinidé, Tevnia jerichonana, indépendamment des variations des conditions physico-chimiques de l’environnement. De même, à partir d’expérimentations in situ, Mullineaux et al. (2003) ont suggéré que l’identité des premiers colonisateurs d’un nouvel habitat avait une influence sur la réussite d’installation des colonisateurs suivants, et donc sur la structure future des communautés adultes.
Alors que dans un milieu homogène, la diversité spécifique est limitée par les interactions biotiques telles que la compétition pour l’espace ou la ressource et la prédation, un environnement plus hétérogène peut augmenter la diversité locale par la création de micro-habitats et donc de niches écologiques plus variées. A l’échelle d’un site hydrothermal, l’hétérogénéité physique (spatiale) de l’habitat est accentuée par les variations temporelles de l’intensité d’émission du fluide et ses caractéristiques chimiques (Juniper & Tunnicliffe 1997). De plus, les espèces de la mégafaune forment généralement un habitat avec une structure tridimensionnelle complexe qui accroît le nombre de niches et influencent la distribution de la diversité locale (Cordes et al. 2005). Ainsi une forte variabilité dans le type d’édifices et dans l’intensité du fluide à l’échelle d’un site constitue autant d’opportunités d’augmenter la diversité spécifique locale (Juniper & Tunnicliffe 1997).
La stabilité de l’habitat et donc la durée de vie des sites semblent avoir une influence non négligeable sur la diversité locale et régionale (Juniper & Tunnicliffe 1997, Tsurumi 2003). En effet, dans un environnement soumis à de fréquentes perturbations, les espèces auront tendance à répondre indépendamment les unes des autres aux variations environnementales et donc à exploiter les ressources de façon opportuniste : le système demeure à un stade juvénile peu diversifié et n’atteint jamais un stade mature. D’autre part, des taux d’extinction/recolonisation plus élevés font que les stades les plus tardifs de la dynamique successionnelle d’un site hydrothermal n’ont pas le temps de se mettre en place, empêchant la colonisation par les espèces associées. La diversité génétique a fait l’objet de nombreuses études ces dernières années (voir revues dans Jollivet 1996, Vrijenhoek 1997, Vrijenhoek et al. 1998). Dans un milieu si fragmenté et soumis à de fréquentes extinctions, l’apparition récurrente de goulots d’étranglement et d’effets fondateurs devrait conduire à une perte des allèles rares dans les populations et à une faible diversité génétique. Cependant, le niveau de polymorphisme et d’hétérozygotie observé chez les polychètes ou les amphipodes hydrothermaux sont en accord avec les valeurs observées chez les invertébrés marins et semblent pour la plupart être le résultat de la présence de nombreux allèles rares (Jollivet 1996). Plusieurs hypothèses ont été proposées pour expliquer le maintien d’une telle diversité génétique chez les espèces hydrothermales. D’une part, le taux de radioactivité naturelle rencontré dans ces écosystèmes pourrait résulter dans un taux de mutation plus élevé chez les organismes, favorisant ainsi l’existence d’allèles rares. D’autre part, la large gamme de variation des conditions physico-chimiques subie par les organismes pourrait favoriser les génotypes hétérozygotes dans la mesure où ils sont moins demandeurs d’énergie (Jollivet 1996). A l’inverse, les espèces symbiotiques présentent une faible variabilité génétique en comparaison avec les autres espèces hydrothermales. Ce faible polymorphisme pourrait être, dans certains cas, le résultat d’un processus de co-évolution avec le symbionte (Jollivet 1996), ou le reflet du taux d’occupation de l’habitat par ces espèces, lui-même fonction de la place que tiennent ces espèces dans la dynamique temporelle des communautés hydrothermales (Vrijenhoek 1997). En effet les espèces hébergeant des endosymbiontes (mollusques bivalves) sont le plus souvent présentes à un stade avancé de la succession écologique associée aux sources hydrothermales et sont donc moins représentées dans un habitat fortement instable.
D’autre part, l’analyse de la structure génétique des espèces permet d’appréhender indirectement les patrons de dispersion larvaire (Vrijenhoek 1997). En effet, la majorité des espèces endémiques à ce milieu étant constituée d’espèces sessiles ou à mobilité réduite, l’essentiel des flux géniques entre populations sera assuré par les larves qui sont principalement dans les panaches hydrothermaux (Kim & Mullineaux 1998) ou les courants de fond (Mullineaux et al. 2005). Dans un habitat essentiellement unidimensionnel telle qu’une dorsale, deux schémas principaux de dispersion sont attendus : (1) un modèle en pas japonais (i.e. dispersion de proche en proche) avec un flux génique fonction de la distance géographique entre populations et (2) un modèle en îles avec un seul pool unique de migrants colonisant l’ensemble de l’aire d’étude. Des écarts aux attendus de ces modèles sont néanmoins fréquents en raison des processus d’extinction-recolonisation qui entraînent une mobilité géographique des habitats et de fortes fluctuations de la taille des populations. Ainsi, le taux de renouvellement des habitats pourrait avoir un rôle bien plus significatif que la dispersion sur la distribution de la diversité génétique et la structure génétique des populations (Vrijenhoek et al. 1998, Jollivet et al. 1999).

Méthodes allozymiques

Les allozymes sont des enzymes que l’on différencie par leur mobilité électrophorétique, elle-même liée à leur charge ionique. Ainsi, la substitution d’un acide aminé dans la séquence de la protéine entraîne une modification de sa charge électrique et donc de sa mobilité électrophorétique. Les enzymes migrent sur gel d’agarose ou de polyacrylamide en fonction de leur charge électrique qui est dépendante du rapport entre le nombre d’acides aminés chargés positivement et le nombre d’acides aminés chargés négativement. Comme il existe deux copies d’un gène dans le génome, chaque individu sera révélé par une bande, ou électromorphe, s’il est homozygote pour ce gène, ou par deux bandes s’il est hétérozygote. Cependant, la méthode des allozymes ne révèle qu’une partie de la variabilité génotypique. C’est-à-dire qu’une mutation sur la séquence d’ADN n’entraînera pas forcément la substitution d’un acide aminé ; elle est alors qualifiée de mutation silencieuse. L’utilisation des allozymes conduit à une sous-estimation de la variabilité génétique en comparaison des méthodes basées sur l’ADN.
Dans notre étude, les électrophorèses ont été réalisées sur un gel d’amidon à 12%, selon les procédures décrites par Pasteur et al. (1987). Le corps entier de chaque individu provenant des échantillons congelés a d’abord été homogénéisé dans une solution de broyage (0,01 M Tris, 0,002 M EDTA, 0,05% β-mercapto-éthanol, 0,0001 M fluorure de phénylméthylsulphonyle, 0,25 M saccharose, pH 6,8) avant d’être centrifugé à 13500 g durant 25 minutes. Le surnageant est ensuite absorbé sur des papiers filtre (Whatman N°1) de 4 mm x 12 mm, qui sont insérés perpendiculairement au gel avant l’électrophorèse. Les tampons d’électrophorèse utilisés sont les suivants :
Les 8 systèmes enzymatiques, codant pour 10 locus, ont été visualisés grâce à une coloration enzyme-spécifique dont les techniques sont décrites par Pasteur et al. (1987). Après avoir révélé les enzymes, l’électrophorégramme ou zymogramme obtenu est photographié, puis la réaction enzymatique est stoppée grâce à un fixateur décrit par Pasteur et al. (1987). Etant donné l’aspect monomorphe ou trop diffus de certains systèmes enzymatiques, seulement 7 locus (soit 6 enzymes) présentaient des résultats interprétables pour la totalité des populations et ont été considérés par la suite. Trois locus additionnels (i.e. Pgm1, Leu-Tyr et Me1) ont été occasionnellement considérés pour 5 des 8 populations étudiées avec ce type de marqueur. Les locus ont été numérotés selon leur mobilité anodale décroissante pour les systèmes multi-locus, et les allèles en fonction de leur distance relative à l’allèle le plus fréquent (100).

ADN nucléaire

Dans une première étape, des marqueurs polymorphes anonymes ont été identifiés par la méthode de l’analyse directe du polymorphisme de longueur (DALP : Desmarais et al. 1998). Brièvement, le principe de cette méthode est la suivante. Des amorces universelles marquées (dérivées de l’amorce universelle M13) sont utilisées pour l’amplification directe de fragments de tailles diverses de l’ADN nucléaire (voir Desmarais et al. 1998 pour les conditions de PCR) et le polymorphisme de longueur est directement observé après migration sur gel de polyacrylamide des produits de PCR. Les bandes les plus intéressantes sont celles qui (1) sont présentes chez tous les individus, et (2) sont susceptibles de correspondre à des allèles de taille variable pour un même locus. Les bandes d’intérêt ainsi identifiées sont alors directement découpées dans le gel et l’ADN est purifié, inséré dans un plasmide-T BlueScriptTM par ligation T-A et transformé dans des cellules compétentes DH5α. Les clones positifs sont ensuite séquencés afin d’identifier les allèles au sein de chaque locus.
Dans le cas de Lepetodrilus elevatus, deux locus (i.e. Lep1 et Lep3) présentant un polymorphisme d’indel (insertion-délétion) ont été sélectionnés selon cette méthode et des amorces spécifiques ont été définies (De Barry 2000). Les séquences des amorces sont : [Lep1-R : 5’-AAAGATCCTCCCTTTGTAATGG-3’ ; Lep1-F : 5’- CTAAAACCTTAAAGTTCGA-3’ ; Lep3-R : 5’-GAAAGATCCTCCCTTTGTAATGG-3’ ;
Lep3-F : 5’-TAAACCTTAAAGTTCGAGAC-3’].
Pour appliquer cette technique dans le cadre de ma thèse, l’ADN génomique total de chaque individu a été extrait et purifié selon le protocole phénol-chloroforme (Sambrook et al. 1989). Les amplifications ont été réalisées dans 25µl d’un milieu réactif contenant 5 µl d’ADN, 1x de tampon de PCR, 1,5mM de MgCl2, 0,4 µM de chaque amorce, 3,5 U d’ADN Taq polymérase, 0,14 mM de chaque dNTP, et de l’eau MilliQ stérile pour compléter le volume. Les amorces anti-sens ont été marquées avec le fluorochrome 6-FAM. Les conditions d’amplification sont les suivantes : (1) une étape initiale de dénaturation de 2 mn à 94°C, (2) 35 cycles comprenant 30 s de dénaturation à 91°C, 30 s d’hybridation de l’amorce à 55°C et 1 mn d’élongation à 72°C, (3) une étape finale d’élongation à 72°C durant 5 mn.
La migration des produits de PCR, préalablement dénaturés dans du formamide pendant 5 minutes, a été effectuée sur gel de polyacrylamide (8%, 0,5x) dans un tampon Tris-Borate-EDTA 0,5x durant 1h 45mn puis visualisée grâce à un scanner FMBIO II HITACHI. Contrairement aux protéines, les fragments d’ADN migrent alors en fonction de leur taille, avec les plus petits fragments migrant à une distance plus importante de l’anode. Les allèles ont été nommés en fonction de leur taille moléculaire déterminée grâce à des marqueurs de taille connue.

Séquençage de l’ADN mitochondrial

L’ADN a d’abord été extrait et purifié selon le protocole phénol-chloroforme (Sambrook et al. 1989). Pour chaque individu, un fragment de 690pb de la sous-unité I de la cytochrome oxydase (COI) a été amplifié grâce aux amorces universelles décrites par Folmer et al. (1994). Chaque amplification s’est déroulée dans un milieu réactif de 50 µl contenant 3 µl d’ADN, 1x de tampon PCR, 2 mM de MgCl2, 0,4 µM de chaque amorce, 40 µΜ de chaque dNTP, 2 U d’ADN Taq polymérase, et le reste en eau MilliQ stérile. Les réactions de PCR se sont déroulées selon les conditions suivantes : (1) une dénaturation initiale à 94°C pendant 3 mn, (2) 40 cycles avec 45 s de dénaturation à 94°C, 45 s d’hybridation avec l’amorce à 50°C et 1 mn 30 s d’élongation à 72°C, (3) une élongation finale à 72°C pendant 7 mn. Les individus des espèces Gorgoleptis emarginatus et G. spiralis ont été traités dans les mêmes conditions.
Dans certains cas où l’ADN était visiblement dégradé (i.e. Elsa et Genesis), une double PCR a été effectuée. L’ADN a d’abord été amplifié une première fois avec les amorces universelles de Folmer et al. (1994) dans les conditions suivantes : (1) une dénaturation initiale à 94°C pendant 3 mn, (2) 5 cycles comprenant 35 s à 94°C, 35 s à 46°C et 1 mn 20 s à 72°C, (3) 35 cycles de 35 s à 94°C, 35 s à 50°C et 1 mn 20 s à 72°C ; 1 µl de produit de PCR est alors amplifié une seconde fois avec des amorces spécifiques obtenues à partir d’un alignement de séquences de COI de lepetodrilidés [COI-R : 5’- TAACTTCAGGGTGACCAAAAAATCA-3’ ; COI-F : 5’-GTTCAAATCATAAGATATTGG-3’]. La deuxième amplification a été réalisée dans un nouveau milieu réactif d’amplification de 50µl dans les conditions suivantes : (1) 3 mn de dénaturation initiale à 94°C, (2) 30 cycles avec une dénaturation de 35 s à 94°C, une hybridation de 35 s à 56°C et une élongation de 1 mn 20 s à 72°C, (3) une élongation finale de 10 mn à 72°C.
Pour les autres espèces de gastéropodes (Planorbidella planispira, Pachydermia laevis, Clypeosectus delectus, Nodopelta subnoda et Rhyncopelta concentrica), il s’est avéré que les amorces universelles de Folmer et al. (1994) ne permettaient pas d’obtenir des amplifications satisfaisantes. De nouveau, une double PCR a été effectuée. L’ADN a été amplifié une première fois avec les amorces universelles M1 et M2 (Nelson & Fisher 2000), qui amplifient un fragment de COI plus grand, puis amplifié une seconde fois avec les amorces de Folmer. Les deux amplifications ont été conduites dans les conditions suivantes :
(1) une dénaturation initiale à 94°C pendant 3 mn, (2) 40 cycles avec 45 s de dénaturation à 94°C, 45 s d’hybridation avec l’amorce à 50°C et 1 mn 30 s d’élongation à 73°C, (3) une élongation finale à 72°C pendant 7 mn.
Les produits de PCR ont été purifiés et séquencés grâce à un séquenceur ABI 3100 en utilisant la chimie de séquençage BigDye© terminator (Perkin Elmer) selon le protocole du fabriquant.
Les séquences ont été lues et corrigées grâce au logiciel Chromas 2.3 et alignées manuellement sous BioEdit Sequence Alignment 7.0.1. La correction des séquences représente une phase délicate dans la procédure d’obtention des données. Pour les régions de doute, nous avons préféré sous-estimer le polymorphisme plutôt que de créer de manière biaisée des sites variables. Le début et la fin de certains chromatogrammes étant de très mauvaise qualité, souvent lié à un état dégradé de l’ADN, les séquences ont été réduites de plusieurs dizaines voire centaines de paires de bases afin de conserver uniquement les parties lisibles et minimiser la quantité de données manquantes (GAP).

Traitement des données phylogénétiques

Dans le but d’établir les liens de parenté entre individus, un arbre a été construit à partir de la distance de Kimura 2 paramètres (K2P) selon le principe du maximum de vraisemblance grâce au logiciel PAUP* 4.0b10 (Swofford 2002). Afin d’attribuer le meilleur modèle de substitution aux données, le hierarchical Likelihood Ratio Test (hLRTs) réalisé par le programme Modeltest 3.07 a été utilisé (Posada et Crandall 1998). L’analyse de maximum de vraisemblance a été effectuée à partir de recherches heuristiques avec 50 étapes aléatoires d’addition de séquences et selon la méthode de réarrangement local des branches. Les valeurs de bootstrap établies sur 1000 réplicats ont été calculées à partir de l’arbre consensus majoritaire à un seuil de 50%. Des séquences de Lepetodrilus cristatus et L. pustulosus ont été utilisées comme groupe externe afin d’enraciner l’arbre. Des séquences de L. elevatus publiées sous Genbank (n°AY923923, U56846) ont également été inclues dans l’analyse. D’autres algorithmes ont également été utilisés afin d’estimer les liens de parenté : la méthode des plus proches voisins (Neighbour-joining, NJ), le maximum de parcimonie (MP) et le minimum d’évolution (ME). Toutes ces analyses ont été réalisées sous Mega 3.1 (Kumar et al. 2004). Les méthodes de distance sont basées sur la distance K2P à partir de tous les sites informatifs avec un taux de substitution uniforme entre les sites, et 1000 ré-échantillonnages du jeu de données. Les arbres ME et MP ont été construits à partir de recherches heuristiques avec réarrangement local des branches.
Le logiciel Network v. 4.1.0.9. (Bandelt et al. 1999) a permis la construction d’un réseau d’haplotypes calculé par la méthode de groupement moyen.

Mise en évidence d’espèces cryptiques chez Lepetodrilus elevatus

La présence d’un isolement par la distance mis en évidence pour les deux types de marqueurs nucléaires, ajouté à la présence de forts déséquilibres de liaison et d’un déficit en hétérozygotes, laisse penser qu’il pourrait exister un mélange de deux clades génétiquement différenciés, au moins à 9°50N.
Allozymes
Afin de vérifier cette hypothèse, une analyse factorielle des correspondances adaptée à des données génétiques a été effectuée à partir des fréquences génotypiques. L’axe 1 qui explique 26,41% de la variance totale sépare 2 groupes distincts : l’un regroupant des individus issus des populations de 17°S, ainsi que la majorité des individus provenant de 9°50’N et l’autre incluant les individus des populations de 13°N et quelques individus de 9°50’N, principalement du site Eastwall (Figure 1.5a). Les deux groupes sont présents en sympatrie à 9°50’N. Au sein du groupe nord, la population de Julie est légèrement séparée de celles de Elsa et Genesis. Dans le groupe sud, les individus de 17°S se distinguent de ceux de 9°50’N le long de l’axe 2 de l’AFC (6,12% de la variance totale) (Figure 1.5a). Un certain nombre d’individus présentent une situation intermédiaire, suggérant la présence possible d’hybrides. Il s’agit de 4 individus échantillonnés à 9°50’N et d’un individu récolté à Julie (13°N). Il convient de noter qu’en théorie, ces résultats peuvent être associés, soit à la présence de 2 clades au sein des populations de Lepetodrilus elevatus entre 13°N et 17°S, soit à des effets sélectifs divergeant d’une population à l’autre.
Les allèles contribuant le plus à ce résultat appartiennent aux locus qui montrent les plus forts clines de distribution des fréquences alléliques (Figure 1.5b). Les principaux locus impliqués sont ainsi au nombre de trois : la phosphoglucomutase (Pgm2), l’aspartate aminotransférase (Aat2) et la mannose phosphate isomérase (Mpi).
ADN mitochondrial
Dans le but de confirmer cette hypothèse de deux groupes génétiquement différenciés, des séquences d’ADN mitochondrial ont été obtenues chez des individus représentatifs de la zone d’étude. Certains ADN étant toutefois relativement dégradés, nous avons rencontré plusieurs problèmes, soit au moment de l’amplification, soit au niveau de la qualité de certaines séquences. Afin de garder un maximum d’individus, l’alignement des séquences a donc été limité à un fragment de 361-pb3. Un total de 31 haplotypes a ainsi été détecté parmi les 79 spécimens de Lepetodrilus elevatus examinés, avec 108 sites polymorphes dont 9 singletons et 99 sites informatifs.
L’arbre généré par la méthode du maximum de vraisemblance montre la présence de deux lignées évolutives supportées par de fortes valeurs de bootstrap (Figure 1.6). Les deux clades sont séparés par 15 substitutions nucléotidiques fixées, mais ces différences n’engendrent pas de substitutions d’acides aminés selon le code génétique universel des invertébrés. Les méthodes du plus proche voisin, du minimum d’évolution ou du maximum de parcimonie indiquent la même topologie générale, seules les branches internes de chaque clade variant selon la méthode.
La distance entre les haplotypes appartenant à chaque groupe, mesurée à partir du paramètre Kimura-2, est de 0,065, soit 6,5% de divergence génétique (Figure 1.6). Géographiquement, les deux lignées séparent nettement les populations de 13°N (clade nord) et de 17°S (clade sud), excepté pour un individu du site Caldera (13°N) qui se regroupe avec les populations de 17°S. Les individus provenant des populations de 9°50’N appartiennent au clade sud, sauf trois d’entre eux qui sont regroupés avec le clade nord. Etant donnée la taille des individus de Lepetodrilus elevatus, il n’a pas été possible, de manière systématique dans cette étude, d’utiliser les mêmes individus pour les analyses des locus allozymiques et des séquences de COI : la méthode des allozymes nécessite le broyage complet du corps des spécimens afin d’obtenir une quantité suffisante de protéines, permettant l’analyse d’un nombre suffisant de locus. Un seul individu traité pour les allozymes a ainsi pu être séquencé pour le gène de la COI. Alors que l’AFC effectuée sur les données allozymiques classait cet individu dans le clade nord, sa séquence mitochondriale le rattache au clade sud.
La diversité haplotypique (he-HAP) et la diversité nucléotidique (π) moyennes sont respectivement de 0,882 ± 0,027 et 0,031 ± 0,002. Les valeurs obtenues pour chaque population sont présentées dans le tableau 1.6. La diversité haplotypique apparaît relativement homogène entre les différentes populations, avec la plus faible valeur observée pour le site Caldera (he-HAP = 0,75). En terme de diversité nucléotidique, les sites Eastwall et Caldera présentent des valeurs relativement élevées en comparaison des autres populations (π = 0,017 et 0,021). Ce résultat est à mettre en relation avec le mélange des deux clades pour ces deux sites.

Matériels et méthodes

Echantillonnage et sites d’étude

Tous les individus de Lepetodrilus elevatus ont été récoltés sur des coquilles de Bathymodiolus thermophilus prélevées à l’aide de la pince du Nautile (IFREMER) lors de la mission BIOSPEEDO 2004 (Jollivet et al. 2004). Pour cette étude préliminaire, les échantillons provenaient de 3 champs hydrothermaux choisis le long de la dorsale EPR sud : le site Oasis à 17°25’S, le site Susie à 17°34’S, les deux étant séparés de 20 km, et le site de Grommit à 21°33’S situé à environ 400 km au sud (Figure 3.1.). Ce choix a été réalisé de manière à disposer de deux échelles spatiales compatibles avec les quelques connaissances supposées des distances de transport des larves. Les individus ont été conservés dans de l’alcool à 80° à l’issue de l’échantillonnage. La localisation des populations, le nombre d’individus et le numéro de plongée sont détaillés dans le Tableau 3.1.

Mise au point des marqueurs nucléaires

Une banque d’ADNc a été construite à partir d’un lot d’individus échantillonnés sur le site Oasis à 17°25’S durant la mission BIOSPEEDO et conservés dans l’azote liquide5. Pour obtenir la banque d’ADNc, les ARNm ont été purifiés après extraction des ARN totaux sur résine oligodT (Kit PromegaTM). Les ADNc ont alors été synthétisés par rétrotranscription à l’aide d’un oligodT ancré, puis amplifiés. Le clonage des produits d’amplification, purifiés sur colonne QIAquikTM, a permis l’obtention d’un million de clones qui ont fait l’objet d’un sous-échantillonnage pour être ensuite séquencés. Après un premier criblage partiel de la banque, 900 séquences ont été obtenues et ont permis de sélectionner 10 gènes d’intérêt présentant du polymorphisme nucléotidique au niveau de la région exonique dont 3 ont fait l’objet d’une amplification spécifique au niveau populationnel sur l’ADN génomique pour rechercher un polymorphisme d’indels : la destabilase et la textilinine, gènes codant pour des protéases et pouvant être impliquées dans la digestion et le recyclage des protéines, et la Veliger Digestive Gland 3 (vdg3) qui est un gène retrouvé dans le tractus digestif des larves de mollusques et potentiellement impliqué dans la métamorphose (Plouviez 2006). Les trois portions de gènes Destabilase, Textilinine et Vdg3 ont une taille respective de 1684pb, 895pb et 912pb et présentent une structure exon-intron-exon. Vingt à 30 individus caractéristiques du clade sud ont été séquencés afin d’évaluer le niveau de polymorphisme existant au sein de ces gènes. Des amorces amplifiant des marqueurs nucléaires présentant un polymorphisme d’indels (insertion/délétion de plusieurs paires de bases) ont été définies sur les parties conservées alignées sur l’ensemble des allèles séquencés (cf. Figure 3.2)6. Les allèles ainsi identifiés présentaient des différences de taille inférieures à quelques dizaines de paires de base. De telles différences de taille sont visibles par électrophorèse sur gel de polyacrylamide dénaturant à condition d’avoir des produits d’amplification d’une taille comprise entre 80 à 300 paires de bases. Il a donc été nécessaire de définir plusieurs paires d’amorces pour chaque gène de façon à pouvoir analyser de façon combinée le polymorphisme présent tout au long du gène : 3 paires pour la Destabilase et 2 pour la Textilinine et la Vdg3. Les séquences des amorces et le nombre d’allèles identifiés par locus sont fournis dans le Tableau 3.2.
En plus de ces marqueurs, trois marqueurs microsatellites ont été développés à partir de la même banque d’ADNc. Les caractéristiques de ces marqueurs figurent dans le Tableau 3.3. Enfin, le locus Lep 1 défini au chapitre 1 a été pris en compte.

Table des matières

INTRODUCTION
1. Les caractéristiques du milieu hydrothermal
2. Le concept de biodiversité : définition et échelles
3. La biodiversité dans le milieu hydrothermal
4. Les objectifs de la thèse
CHAPITRE 1 : Phylogéographie du vétigastéropode Lepetodrilus elevatus le long de la dorsale Est Pacifique (EPR)
1.1. Introduction
1.2. Matériel et méthodes
1.2.1. Echantillonnage et sites d’étude
1.2.2. Méthodes allozymiques
1.2.3. ADN nucléaire
1.2.4. Traitement des données
1.2.5. Séquençage de l’ADN mitochondrial
1.2.6. Traitement des données phylogénétiques
1.2.7. Analyses morphométriques
1.3. Résultats
1.3.1. Diversité génétique, écarts à l’équilibre de Hardy-Weinberg et clines alléliques
1.3.2. Mise en évidence d’espèces cryptiques chez Lepetodrilus elevatus
1.3.3. Analyses démographiques au sein de chaque clade
1.3.4. Analyse du COI sur d’autres espèces de gastéropodes
1.4. Discussion
1.4.1. Evidence de la présence d’espèces cryptiques
1.4.2. Spéciation allopatrique vs. spéciation sympatrique
1.4.3. Evolution démographique de chaque clade
1.5. Conclusion
CHAPITRE 2 : Biodiversité des communautés macrobenthiques associées aux moulières de la dorsale Sud Est Pacifique
2.1. Introduction
2.2. Matériel et méthodes
2.2.1. Echantillonnage et traitement des échantillons
2.2.2. Analyse des données
2.3. Résultats
2.3.1. Description des sites
2.3.2. Structure démographique de Bathymodiolus thermophilus
2.3.3. Diversité et composition faunistique
2.3.4. Distribution spatiale des espèces de gastéropodes le long de l’EPR sud
2.3.5. Analyses multivariées
2.3.6. Diversité fonctionnelle
2.4. Discussion
2.5. Conclusion
PLANCHES 1-3 : Gastéropodes hydrothermaux de la dorsale du Pacifique oriental
CHAPITRE 3 : Structure génétique de Lepetodrilus elevatus à méso-échelle : Recherche de marqueurs polymorphes
3.1. Introduction
3.2.1. Echantillonnage et sites d’étude
3.2.2. Mise au point des marqueurs nucléaires
3.2.3. Génotypage des individus
3.2.4. Analyses
3.3. Résultats
3.3.1. Diversité génétique et écarts à l’équilibre de Hardy-Weinberg
3.3.2. Différenciation génétique entre populations
3.4. Discussion
3.4.1. Diversité génétique et écarts à l’équilibre de Hardy-Weinberg
3.4.2. Hybridation entre espèces et introgression d’allèles
3.4.3. Absence de différenciation génétique entre les populations.
3.5. Conclusion
CHAPITRE 4 : Influence de l’environnement physico-chimique sur la structure des communautés de gastéropodes de la dorsale Est Pacifique (13°N EPR)
4.1. Introduction
4.2. Matériel et méthodes
4.2.1. Sites d’étude et échantillonnage
4.2.2. Analyses chimiques et modèle géochimique
4.2.3. Analyse de la structure des assemblages de gastéropodes
4.2.4. Relations entre assemblages faunistiques et environnement
4.2.5. Structure démographique des 4 principales espèces de gastéropodes
4.2.6. Biologie reproductive des 4 principales espèces de gastéropodes
4.3. Résultats
4.3.1. Environnement physico-chimique
4.3.2. Analyse des assemblages de gastéropodes
4.3.2.1. Composition faunistique
4.3.2.2. Structure des assemblages faunistiques
4.3.2.3. Relation avec l’environnement
4.3.3. Structure démographique des 4 principales espèces de gastéropodes
4.3.3.1. Lepetodrilus elevatus
4.3.3.2. Les Peltospiridés
4.3.4. Biologie reproductive des 4 principales espèces échantillonnées
4.3.4.1. Lepetodrilus elevatus
4.3.4.2. Les Peltospiridés
4.4. Discussion
4.4.1. Environnement physico-chimique et structure de la communauté
4.4.2. Biologie de populations des 4 principales espèces de gastéropodes
4.5. Conclusion
DISCUSSION GENERALE -CONCLUSION – PERSPECTIVES
1. De l’échelle globale à l’échelle régionale
2. L’échelle locale
3. Limites et perspectives
Références bibliographiques

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